Воды Баренцева моря скрывают исключительно разнообразный и пересеченный рельеф дна. Средняя глубина шельфа составляет примерно 250 м, а максимальные глубины достигают 400-500 м. Внешний край на севере и западе Баренцева моря расположен на глубинах от 200-350 м вдоль банок и до 400-550 м вдоль желобов. Мелководные пространства шельфа (менее 100 м) находятся в основном в юго-восточной части моря, на узкой прибрежной полосе архипелагов Новая Земля и Шпицберген, а также на Медвежинско-Надеждинской возвышенности. В остальных районах только небольшие участки дна, вершины некоторых банок и гряд расположены на глубинах менее 80-100 м. Глубокие желоба и обширные банки в значительной мере контролируют вертикальную и горизонтальную циркуляцию вод.

В начале 1980-х годов в Баренцевом море концентрация ¹³⁷Cs в донном осадке составляла от 10 до 30 Бк/кг. Основными загрязнителями считались западноевропейские радиохимические заводы (Селлафильд). В 1990-е годы почти во всех районах морского дна донные отложения характеризовались низкими (фоновыми) уровнями искусственных радионуклидов[1]. Активность всех искусственных нуклидов колебалась в среднем от 0,5 до 6 Бк/кг.

¹³⁷Cs повсеместно присутствует в грунтах шельфа. Сравнительно повышенное (5-11 Бк/кг) накопление ¹³⁷Cs типично для всех желобов и впадин шельфа. В частности, глинистые отложения, покрывающие дно Центральной впадины (глубина 300-380 м), включают в себя от 5 до 9 Бк/кг ¹³⁷Cs. Эта обширная впадина находится примерно в 250 км от новоземельских атомных полигонов.

Анализ радиоактивности донных отложений из района к северо-западу от Новой Земли показал их довольно слабое загрязнение. Хотя, как известно, в этом районе производились сливы жидких радиоактивных отходов в море [1]. Содержание ¹³⁷Cs в осадках колеблется от 15 до 160 Бк/м³, что отражает глобальные уровни выпадений этого изотопа.

Содержание радионуклидов в донных отложениях Карского моря во многом сходно с их содержанием в отложениях Баренцевоморского шельфа. Вполне очевидно, что особенности циркуляции вод и литологии современных грунтов, близость или удаленность от источников и другие факторы контролируют процесс оседания радиоактивного вещества. Важнейшим фактором, во многом определяющим условия современного осадконакопления на шельфе, является ледовый режим.

С точки зрения геоморфологии дна существенно, что примерно половина площади моря на юго-восток от линии островов Вайгач-Октябрьская Революция (Северная Земля) занимают обширные песчаные мелководья. На глубинах до 80-100 м залегают пески различной сортированности и размерности. Здесь же, на юго-востоке моря, есть много узких ложбинообразных понижений шельфа, покрытых алевритовыми осадками, главным образом, крупными алевритами.

В песчаных и гравийно-галечных осадках шельфа ¹³⁷Cs накопился в небольших (1-8 Бк/кг) количествах. К востоку от Новой Земли на прибрежном шельфе количество радиоцезия в песчаных и грубозернистых осадках изменяется от 3 до 10 Бк/кг. Исключение составляют некоторые замкнутые впадины заливов и губ, например, залив Степового, в которых илистые грунты содержат довольно много ¹³⁷Cs - до 90 Бк/кг [1].

Концентрация ¹³⁷Cs в песчаных осадках Байдарацкой губы, а также на мелководьях в районе Шараповых кошек составляет от 0.8 до 6.2 Бк/кг. Однако локально отмечается уровень этого изотопа до 12-16 Бк/кг. Все это типично для такого рода прибрежных морских осадков. Несколько аномально выглядят участки дна на глубинах 95 м к северу от Югорского полуострова, в алевритовых осадках которого накоплено до 27-31 Бк/кг ¹³⁷Cs, а также порядка 0.5 Бк/кг ⁶⁰Со.

Рисунок 4.1 - Содержание 137Cs в донных отложениях (слой 0-3 см) Карского моря в 1993-1994 гг.

В песчаных осадках на мелководьях между полуостровом Ямал и архипелагом Северная Земля концентрация ¹³⁷Cs варьирует от 4 до 10 Бк/кг. В этой зоне только в ложбинах, заполненных алевритами, уровень радиоцезия увеличивается до 15-18 Бк/кг. Еще более высокие накопления ¹³⁷Cs (до 15-30 Бк/кг и более) имеются в глинистых илах ложбин на траверзе сибирских рек. Такие повышенные уровни загрязнения прослеживаются от взморья до 75° с. ш. В грунтовых колонках, начиная с глубины 7-10 см, уровень ¹³⁷Cs резко понижается до 0.5-0.1 Бк/кг и менее. Очевидно, в 1950-1990-е годы в ложбинах прибрежного шельфа оседала часть радиоактивных отходов большинства российских заводов ядерной промышленности, расположенных в бассейне Енисея и Оби.

Во впадинах (300 - 400 м) Восточно-Новоземельского желоба в мелких алевритах и глинистых илах отложилось порядка 10-30 Бк/кг ¹³⁷Cs [1], В открытом к Центральному Арктическому бассейну глубоком (до 500-600 м) желобе Святой Анны ¹³⁷Cs в илистых грунтах концентрация сравнительно мала (от 2 до 10 Бк/кг).

В целом в 1990-е годы в донных отложениях Карского моря содержание ¹³⁷Cs было в пределах от 1 до 40 Бк/кг. Все участки дна с повышенным уровнем этого нуклида связаны с зонами лавинной седиментации взвеси сибирских рек или прилегают к местам дампинга радиоактивных отходов на шельфе.

⁶⁰Со присутствовал в 1990-е годы в донных отложениях ряда районов прибрежного шельфа. Этот короткоживущий элемент наиболее характерен для грунтов к северу от западносибирских рек Оби и Енисея. В 20-сантиметровой колонке осадков, отобранной на выходе из Енисейского залива, по всей толще имелся ⁶⁰Со в количестве от 1 до 6 Бк/кг. В отдельных местах в глинистых прослоях активность ⁶⁰Со достигала порядка 19 Бк/кг. В небольшом количестве (0.3 Бк/кг) данный изотоп отмечается в илах ложбины на траверзе Оби. В 1993 году ⁶⁰Со был встречен в крупных алевритах (0.5 Бк/кг) к западу от Ямала в районе Шараповых кошек на глубине около 100 м. [1]

Как уже отмечалось, ⁶⁰Со есть в грунтах заливов вокруг затопленных контейнеров с ядерными отходами. Например, в донных отложениях залива Степового ⁶⁰Со содержалось до 3-5 Бк/кг. Этот нуклид был обнаружен в илах в одной из впадин Восточно-Новоземельского желоба. Вероятно, все это указывает на существование локальных источников загрязнения дна.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

^239.240Pu лишь незначительно присутствует в донных отложениях Карского моря. В 1990-е годы его концентрация в верхнем слое осадков шельфа в основном изменяется от 0.1 до 3.5 Бк/кг [1]. Вниз no грунтовой колонке частицы плутония прослеживаются до 7-12 см. В районах наблюдений морских осадков плотность аккумуляции ^239.240Pu составляла 2-30 Бк/ м³ а местами до 120 Бк/м³. В осадках также присутствуют ²³⁹Pu и ²⁴⁰Рu, уровень которых 0.02-0.11 и 4.6-11.6 Бк/кг [1].

Сравнительно больше других загрязнены трансурановыми элементами донные отложения к северу от западносибирских рек Оби и Енисея. Максимальное (0.8-3.5 Бк/кг) содержание ^239.240Pu отмечается в широкой прибрежной зоне шельфа, в которой смешиваются пресные речные и соленые морские воды. Местами этот нуклид образует локальные аномалии с уровнями до 4-6 Бк/кг.

За пределами прибрежья на глубинах 60-100 м влияние речной взвеси на седиментогенез ощущается не так резко, как рядом с эстуариями. Здесь мелкие пески и крупные алевриты содержат ^239,240Рu от 0.2 до 1.5 Бк/кг. Однако стоит иметь в виду, что в алевритовых осадках на дне пологих ложбин (глубины 100-180 м) уровень ^239,240Рu возрастает до 1.6-3.5 Бк/кг.

На юго-западе Карского шельфа содержание ^239,240Рu поверхностных осадках изменяется от 0.25 до 1.4 Бк/кг. В различных песках Байдарацкой губы до глубины 90 м присутствие указанного радиоизотопа несущественно (0.4-0.8 Бк/кг). Однако в алевритах на участке дна восточнее Амдермы (глубины около 100 м) содержится порядка 2.2 Бк/кг ^239,240Рu. В грунтовой колонке, в слое 5-10 см, его концентрация увеличивается до 3.3 Бк/кг.

На дне Восточно-Новоземельского желоба в верхнем слое осадков накопилось 0.8-3.2 Бк/кг ^239,240Рu. В пересчете на единицу площади плотность этого нуклида в среднем 6-20 Бк/м³.

В желобе Святой Анны грунты имеют низкие (0.05-0.5 Бк/кг) уровни ^239,240Рu. Лишь в районе к северо-востоку от мыса Желания (Новая Земля) в мелких алевритах на дне желоба имеется от 0,2 и до 3 Бк/кг.

⁹⁰Sr в донных отложениях изучен только в отдельных местах южной части Карского моря. В 1990-е годы уровень ⁹⁰Sr в осадках колеблется от 0.4 до 6 Бк/кг[1]. Для сравнения отметим, что в грунтах Енисейского залива и Обской губы содержание этого радионуклида достигает 10 и 20 Бк/кг соответственно. В 1970 и в 1977 годах наблюдалась явная тенденция к падению объемного содержания ⁹⁰Sr в речных водах при его движении от верховьев к низовью - в районе г. Салехарда и Обской губы объемное содержание ⁹⁰Sr было близко к глобальному уровню. Это связано, по-видимому, с уменьшающимся со временем смывом ⁹⁰Sr с водосборных площадей, процессами самоочищения речной воды за счет перехода ⁹⁰Sr в донные отложения и процессами разбавления [1].

В мелких алевритах и глинистых илах во впадинах Восточно-Новоземельского желоба ⁹⁰Sr накопилось порядка 1-4 Бк/кг. К северу от эстуариев Енисея и Оби грунты имеют в себе ⁹⁰Sr от 0.5 до 5 Бк/кг.

Рассматривая в целом процесс накопления искусственных радионуклидов в грунтах Карского моря, следует подчеркнуть, что наблюдаемые вариации в содержании ¹³⁷Cs и ^239.240Pu донных отложениях (0.6-100 и 0.2-10 Бк/кг, соответственно), характерны как для взморья Енисейского залива и Обской губы, так и для Балтийского моря. Важно отметить, что эти результаты для Балтики были получены в 1982 г., т.е. до аварии на Чернобыльской АЭС. Для замкнутого бассейна Балтики происхождение указанных концентраций нуклидов объясняется их поступлением из глобальных источников.

Для Карского моря, открытого к Северному Ледовитому океану, однозначно связывать образование радиоактивного загрязнения с глобальными выпадениями, нет достаточных оснований. Вполне очевидно большое влияние сибирских радиохимических комбинатов на уровень аккумуляции цезия, стронция, плутония донными осадками. Совершенно очевидно, что для понимания истинных причин наблюдаемых явлений необходимо тщательное изучение механизма поступления радионуклидов в донные отложения из северных рек.

5. Влияние факторов среды на пространственное распределение содержания радионуклидов в морских грунтах

Рисунок 5.1 - Зависимость содержания радионуклида Cs¹³⁷ от среднего диаметра частиц грунта

Проанализируем полученные результаты:

Был построен график зависимости содержания Cs¹³⁷ от среднего размера частиц. Из рисунка 5.1 видно, что с уменьшением диаметра частиц грунта, увеличивается содержание радиоактивных молекул Cs¹³⁷, это можно объяснить тем, что уменьшается удельная плотность частиц, а, следовательно, увеличивается сорбционная способность грунта.

В таблице 5.2, 5.3, 5.4 проводится выбор математической модели для определения зависимости содержания Cs¹³⁷ от различных показателей: глубины залегания грунта, среднего диаметра частиц, коэффициента сортировки. С помощью коэффициента Стьюдента производилась оценка достоверности взаимосвязи исследуемых величин. Как можно увидеть, связь получилась достоверной только для одного показателя - Мd (средний размер частиц). Для описания взаимосвязи была выбрана 1 математическая модель - логарифм по Х, поскольку для данной модели коэффициент корреляции максимальный (0,51).

Заключение

Одной из важнейших проблем арктического региона является радиоактивное загрязнение, однако экологические проблемы Арктики в силу ее природно-географических особенностей перерастают из региональных в глобальные. Климатические и гидрологические особенности (глубина, скорость и направление течений, температура, соленость, стратификация вод, речной сток и общий водный баланс) способствуют существенному разбавлению стоков и интенсивному осаждению загрязняющих веществ, надолго сохраняющихся в морских экосистемах.

Токсичные вещества разносятся на большую территорию и способны достигать акватории всех морей Северного Ледовитого океана. Западный перенос атмосферных масс наряду с Гольфстримом способствуют переносу загрязняющих веществ из Западной Европы в западный сектор Российской Арктики. Такие факторы как топография дна, скорость осадконакопления определяют характер распределения загрязняющих веществ в донных отложениях.

Основными источниками искусственных радионуклидов (цезий, стронций, плутоний, кобальт) в водах арктических морей являются, в первую очередь, новоземельские ядерные испытания, радиоактивные стоки западносибирских рек, заводы по переработке ядерного топлива, расположенные в Западной Европе, радиоактивный шлейф Селлафильда, другие локальные атомные объекты региона, авария на Чернобыльской АЭС, в меньшей степени - дампинг (затопление) радиоактивных отходов.

Для оценки динамики загрязнения морских экосистем важную информацию можно получить, изучая уровни концентрирования нуклидов в грунтах. Изучив особенности грунтов арктических морей, можно сделать вывод, что геохимическая роль донных отложений двояка, поскольку они могут как депонировать радионуклиды, а, следовательно, способствовать самоочищению воды от радиоактивных элементов, так и десорбировать их, тем самым ухудшая качество воды.

Итак, проведенные исследования позволили выявить существование отчетливой зависимости между концентрацией искусственных нуклидов и количеством в глинистых отложениях пелитовых фракций (< 0.01 мм). Пластичные глинистые осадки, залегающие на дне впадин и желобов подводной окраины материков, являются важнейшим интегральным индикатором состояния загрязненности морских экосистем. Следовательно, в фокусе радиоэкологического мониторинга северных морей должны быть тонкодисперсные осадки, т.е. современные глины шельфовых желобов и заливов побережья.

На основании проведенной работы и анализа литературы можно сделать следующие выводы:

1. Поступление техногенных радионуклидов в арктические моря происходит с глобальными выпадениями непосредственно на поверхность залива и с береговым стоком.

2. Попавшие в водоем техногенные радионуклиды постепенно концентрируются в донных осадках в процессе отмирания животных и растительных организмов, оседании радиоактивных взвесей, сорбции из придонных горизонтов воды.

3. Установлено, что значения активности ¹³⁷Cs в водных массах и донных отложениях Баренцева моря близки к фоновым. Локальное влияние радиоактивного загрязнения отмечается, только на акваториях губ и заливов, включенных в активную хозяйственную деятельность.

4. Степень накопления радиоактивных элементов донными отложениями зависит от физико-химического состава и дисперсности грунта. Гранулометрические характеристики грунта влияют на степень поглощения радиоактивных частиц и являются индикаторами состояния арктических экосистем.

Список использованных источников

1. Матишов Д.Г., Матишов Г.Г. Радиационная экологическая океанология - Апатиты, 2011 г.

2. Шелутко В.А. Численные методы в Гидрологии - Л. Гидрометеоиздат, 1991. - 238 с.

3. Евсеев А., 1996. Загрязнение наземных экосистем. В кн.: Российская Арктика: на краю катастрофы. А. Яблоков - ред. Центр Экологической политики РФ. С. 47-63.

4. Советская Арктика, М., 1970

5. Белов Н.А., Лапина Н.Н. Донные отложения Арктического бассейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1961, 53 с.

6. Вакуловский С.М., Никитин А.И., Чумичев В.Б. О загрязнении арктических морей радиоактивными отходами западноевропейских радиохимических заводов // Атомная энергия. 1985. Т.58, вып. 6. С. 445-449.

7. Гончаров В.К., Клементьева Н.В. Прогнозирование распространения в морской среде загрязняющих веществ из мест их донных захоронений // Океанология. 1999. Т.39, №2. С. 212-220.

8. Никитин А.И., Катрич И.Ю., Кабанов А.И., Чумичев В.Б., Смагин В.М. Радиоактивное загрязнение Северного Ледовитого океана по результатам наблюдений в 1985-1987 гг. // Атомная энергия. 1991. Т.71. вып. 2. С. 169-172.

9. Израэль Ю.А., Цыбань А.В., Панов Г.В., Колобова Т.П., Куликов А.С.

Современное состояние прибрежных экосистем морей Российской Федерации // Метеорология и гидрология. - 1995. - №9. - С. 6-21.

10. Меньшиков В.Ф. Экологическая безопасность - проблемы загрязнения Арктики // Мировой океан: проблемы изучения, освоения и использования ресурсов и пространств. Информационно-аналитический сборник, вып. 1. - М.: ВИНИТИ, 2000. - С. 114-131.

11. МПР (Министерство природных ресурсов РФ). Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2002 г.». - М., 2003. -479 с.

12. Максимова М.П., Брусиловский С.А. Анализ источников, распределения и трансформации загрязняющих веществ в прибрежных водах морей российской Арктики // Биологические ресурсы прибрежья Российской Арктики. - М.: Изд-во ВНИРО, 2000. - С. 70-73.

13. Шведов В.П., Патин С.А. Радиоактивность морей и океанов. М.: Атомиздат, 1968. 288 с.

Размещено на Allbest.ru